上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

背景工程位于上海市張楊北路、啟帆路、蘭谷路和軌道交通6號(hào)線所圍成的區(qū)域，整個(gè)基地東西向分別劃分為D5-3地塊與D5-4地塊，北鄰啟帆路，東靠蘭谷路，南側(cè)為規(guī)劃的景觀河道，西側(cè)與D5-2地塊毗鄰。項(xiàng)目工程占地面積為43 776 m2，場(chǎng)地呈扇形?？偨ㄖ娣e約136 800 m2，基坑開挖深度約為11.70 m。本工程為多單體公共建筑，包括1幢酒店式公寓和5幢商業(yè)樓（圖1）?；訃o(hù)系統(tǒng)采用旋挖成孔灌注樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕的形式，支撐系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)框架逆作的方式，在結(jié)構(gòu)框架逆作完成后進(jìn)行結(jié)構(gòu)外墻板的澆筑。

圖1 總平面布置

2 工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘察單位提供的專業(yè)勘測(cè)報(bào)告，基坑開挖土層自上而下為：①雜填土，②褐黃-灰黃色粉質(zhì)黏土，③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，④灰色淤泥質(zhì)黏土，⑤1灰色黏土，⑤2灰色黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土，⑤3灰色粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，⑥暗綠色粉質(zhì)黏土。

3 工藝實(shí)施過程控制

由于成孔工程水文地質(zhì)復(fù)雜，部分位置下有廢棄暗溝并伴有易坍孔土質(zhì)，且本工程旋挖樁采用泥漿護(hù)壁工藝，而泥漿護(hù)壁穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)坍孔等現(xiàn)象，故混凝土充盈系數(shù)控制難度較大，是本工藝實(shí)施過程的控制關(guān)鍵點(diǎn)。

3.1 施工方法比選

旋挖成孔灌注樁按成孔方法可分為：干作業(yè)旋挖成孔灌注樁、濕作業(yè)旋挖成孔灌注樁、套筒護(hù)壁作業(yè)旋挖成孔灌注樁。

考慮地層首層主要為雜填土及黏土，為防止土層出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象，本工程采用濕作業(yè)加套筒護(hù)壁旋挖成孔灌注樁的方法。護(hù)筒采用普通鋼護(hù)筒，筒長為3 m，穿過表層雜填土進(jìn)入黏土層，埋設(shè)護(hù)筒時(shí)需用水準(zhǔn)尺檢查垂直度，護(hù)筒頂一般要高于原地面0.30 m，以便鉆頭定位及保護(hù)樁孔。

3.2 成孔內(nèi)容控制

1）成孔前：對(duì)鉆具參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，包括鉆頭高度、直徑、主桿與加桿長度、孔口及平臺(tái)標(biāo)高、孔底標(biāo)高等。

2）成孔中：在鉆進(jìn)過程中應(yīng)記錄泥漿相對(duì)密度、黏度、鉆進(jìn)速度、轉(zhuǎn)速、進(jìn)尺速度及各地層鉆進(jìn)異常情況描述等參數(shù)信息。泥漿性能指標(biāo)為：相對(duì)密度1.10～1.35、黏度20～24 s、含砂量＜14%、pH值8～10。泥漿制備的技術(shù)要求：對(duì)孔內(nèi)泥漿的漿面下1 m處及離孔底以上1 m處各取一次試件進(jìn)行測(cè)試。若達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，則要及時(shí)調(diào)整泥漿性能。

3）成孔后：終孔孔深及時(shí)記錄，同時(shí)做好調(diào)節(jié)泥漿相對(duì)密度與時(shí)間的記錄、測(cè)量孔深記錄、提鉆時(shí)間記錄等。

3.3 其他參數(shù)控制

1）鋼筋籠制作控制：為防止坍孔，成孔后至混凝土澆筑的間歇時(shí)間不宜過長，鋼筋籠須提前制作。鋼筋籠在現(xiàn)場(chǎng)分節(jié)制作，主筋與加強(qiáng)筋全部焊接牢固，螺旋筋與主筋采用隔點(diǎn)焊加固，制作好的鋼筋籠立即進(jìn)行逐節(jié)驗(yàn)收，合格后掛牌存放。鋼筋焊接完好后，應(yīng)緩慢下放入孔內(nèi)，嚴(yán)禁砸籠。

2）旋挖鉆機(jī)就位控制：鉆機(jī)就位必須穩(wěn)固、周正、水平定位，鉆頭中心與樁位中心誤差不大于10 mm。

3）埋設(shè)護(hù)筒控制：護(hù)筒的直徑應(yīng)比樁孔的直徑大200 mm，長度應(yīng)滿足護(hù)筒底進(jìn)入黏土層不少于0.50 m的要求，護(hù)筒頂端需高出地面0.30 m。護(hù)筒埋設(shè)的傾斜度控制在1%以內(nèi)，護(hù)筒埋設(shè)偏差不超過30 mm，護(hù)筒四周用黏土回填，并分層夯實(shí)。

4）混凝土澆筑控制：用混凝土攪拌車運(yùn)輸，混凝土坍落度控制在18～22 cm；用攪拌車將混凝土直接運(yùn)到孔口倒入料斗內(nèi)。水下混凝土澆筑：澆筑前，對(duì)不同直徑、深度的樁孔分別計(jì)算出混凝土澆筑初灌量。施工中要保證澆筑初灌量達(dá)到計(jì)算要求。澆筑時(shí)，導(dǎo)管埋深控制在2～6 m，拆管前由專人測(cè)量孔內(nèi)混凝土面標(biāo)高，并做記錄。澆筑混凝土接近樁頂標(biāo)高時(shí)，應(yīng)控制最后一次澆筑量，確保樁頂標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。

4 施工實(shí)況

本項(xiàng)目自2014年7月1日開始進(jìn)行旋挖樁施工，采用1臺(tái)FR615B旋挖鉆機(jī)、1臺(tái)SR200C旋挖鉆機(jī)、4臺(tái)GPS-10鉆孔灌注樁機(jī)進(jìn)行清孔及混凝土澆筑施工。根據(jù)圍護(hù)施工進(jìn)度計(jì)劃，每天應(yīng)完成的樁數(shù)為11根，但實(shí)際施工情況是僅完成了計(jì)劃的1/3，影響施工進(jìn)度。

在已完成的旋挖樁施工過程中，已采取手段進(jìn)行控制成孔質(zhì)量，如通過改變?cè)心酀{相對(duì)密度，采取摻入火堿及羥甲基纖維素CMC，以增加泥漿的黏度及附著力；調(diào)整鉆頭尺寸并減緩鉆機(jī)鉆進(jìn)速度等方法。

過程中的控制收效甚微，成孔坍孔現(xiàn)象及混凝土超方現(xiàn)象沒有得到明顯的控制，如圖2及表1所示。

原因分析：混凝土超方區(qū)域土層可能由于黏土層的影響，土質(zhì)松軟并伴有流砂土，容易造成坍孔。在混凝土澆筑過程中，土體受到混凝土的擠壓，向兩側(cè)擴(kuò)徑，最終導(dǎo)致超方現(xiàn)象嚴(yán)重。

5 旋挖成孔施工方案的新探索

5.1 方案一：調(diào)整護(hù)壁泥漿參數(shù)

圖2 φ1 000 mm旋挖樁成孔質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告

表1 混凝土實(shí)際方量對(duì)比（理論充盈系數(shù)：1.15）

1）旋挖樁泥漿護(hù)壁采用人工造漿，原施工方案采用新漿與循環(huán)漿混合的方式，不利于漿液指標(biāo)的控制，無法確定廢漿標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)調(diào)整為新漿與循環(huán)漿分池?cái)嚢枋褂?，循環(huán)漿應(yīng)進(jìn)行沉淀或除砂等再生處理手段并達(dá)到循環(huán)漿要求后方可使用，否則應(yīng)當(dāng)作為廢漿處理。

2）泥漿制備時(shí)參照下述指標(biāo)進(jìn)行控制（表2），加大目前的泥漿黏度、減小相對(duì)密度，并控制含砂率等指標(biāo)，避免產(chǎn)生較厚的沉渣。

表2 泥漿性能指標(biāo)

5.2 方案二：雙軸套打預(yù)加固方案

因旋挖樁施工過程中出現(xiàn)大面積坍孔現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整各個(gè)施工工序無效后，根據(jù)施工檢驗(yàn)及超聲波測(cè)孔分析，發(fā)現(xiàn)地面下至12 m區(qū)間坍孔嚴(yán)重，該區(qū)間土層較差，導(dǎo)致旋挖樁施工過程中泥漿支護(hù)作用下降。加之三軸樁和雙軸樁施工后，其與旋挖樁有20 cm間距，導(dǎo)致被攪動(dòng)土層的穩(wěn)定性被破壞。在旋挖樁施工過程中，間距內(nèi)土體大面積被剝離，導(dǎo)致混凝土超方嚴(yán)重，后續(xù)相鄰旋挖樁施工難度加大。經(jīng)進(jìn)一步分析，決定對(duì)基坑內(nèi)土層較差區(qū)域的旋挖樁采用施工前土層預(yù)加固處理，具體方案為：

1）先抽取5根旋挖樁進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。采用水泥摻量為8%的雙軸攪拌樁以三排布置，樁長12 m，將旋挖樁施工面與工法樁間距的20 cm區(qū)域與被動(dòng)區(qū)雙軸攪拌樁間距的20 cm區(qū)域加固。

2）經(jīng)上述加固處理后，該施工區(qū)間內(nèi)土體穩(wěn)定性加強(qiáng)，旋挖樁施工能夠正常進(jìn)行，混凝土超方現(xiàn)象將大大降低[1,2]。

5.3 方案三：調(diào)整圍護(hù)工程常規(guī)施工流程方案

為保證基坑的抗?jié)B性能，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工經(jīng)驗(yàn)，基坑圍護(hù)止水工程施工流程一般為三軸止水帷幕—圍護(hù)樁—雙軸土體加固，背景工程依舊沿用該施工流程。在旋挖樁施工過程中，出現(xiàn)了混凝土嚴(yán)重超方現(xiàn)象，為防止超方現(xiàn)象影響基坑后期結(jié)構(gòu)施工，要求專業(yè)檢測(cè)單位對(duì)成孔正交四個(gè)方向進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)報(bào)告顯示地面下至12 m區(qū)間坍孔嚴(yán)重，該區(qū)間土層較差，且四周均有此現(xiàn)象發(fā)生。多方案試驗(yàn)階段設(shè)想調(diào)整施工流程，考慮到背景工程雙軸土體加固基坑內(nèi)滿布圍護(hù)樁，若將雙軸土體加固做在旋挖樁之前，即三軸止水帷幕—雙軸土體加固—圍護(hù)樁，在控制成孔兩個(gè)方向變形的基礎(chǔ)上達(dá)到擋水并保護(hù)基坑結(jié)構(gòu)施工的要求，雙軸土體加固布置如圖3所示。

圖3 雙軸土體加固布置

6 多方案試驗(yàn)成果對(duì)比

1）方案一。調(diào)整泥漿參數(shù)后，泥漿護(hù)壁效果有所改善，但是坍孔及超方現(xiàn)象并沒有顯著改善（圖4）。結(jié)論：方案可行，施工進(jìn)度緩慢。

2）方案二。通過雙軸套打預(yù)加固措施后，坍孔及超方現(xiàn)象明顯改善（圖5）。缺點(diǎn)：雙軸預(yù)加固需現(xiàn)場(chǎng)再投入3～4臺(tái)雙軸機(jī)械配合施工，現(xiàn)場(chǎng)用電比較緊張；圍護(hù)樁需待到預(yù)加固土體達(dá)到強(qiáng)度后方可施工，工期將滯后更多；該方案將導(dǎo)致工程圍護(hù)樁成本高出原有基礎(chǔ)近300萬元人民幣。結(jié)論：方案可行但不建議采用，施工成本增加較大。

3）方案三。調(diào)整施工流程，雙軸土體加固做在旋挖樁成孔前，坍孔及超方現(xiàn)象明顯改善（圖6）。優(yōu)點(diǎn)：該方案的采取可以提高工作效率并保證基坑結(jié)構(gòu)施工的安全穩(wěn)定，改善施工環(huán)境，也可以保證施工成本的變化幅度，確保施工方及業(yè)主的共同利益及期望目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。結(jié)論：方案可行，需調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械配置及計(jì)劃[3-5]。

圖4 調(diào)整泥漿參數(shù)成孔

圖5 雙軸套打預(yù)加固成孔

圖6 調(diào)整施工流程成孔

7 擇優(yōu)方案施工成果

綜合考慮成孔質(zhì)量、施工進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)效益等因素，背景工程采用方案一來鞏固成孔質(zhì)量，用方案三來彌補(bǔ)旋挖工藝在軟土地基中的施工缺陷。兩方案相結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)配合調(diào)整機(jī)械、材料及人工配置，待三軸及雙軸旋挖樁施工完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后，在雙向“扶植”的基礎(chǔ)上，采用“挖一跳三”的方式順利完成了全部旋挖樁施工。擇優(yōu)方案的采納不僅順利完成圍護(hù)樁施工，更為基坑安全提供了保障，并且為今后類似工程積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。